无线测温系统在变压器温度监测中的应用分析

　　电力变压器是电力系统中用来改变电压的主要电气设备。它长期工作在高电压、大电流、强磁场的环境中，使热量聚集。变压器温升不仅影响负载能力，还影响使用寿命，增加电力系统的损耗。如果散热不好，会危及设备的正常运行，甚至造成故障。为了保证变压器的anquan运行，迫切需要及时准确地判断变压器的运行状况，实时监测变压器的温度变化，及时采取相应措施，确保变压器anquan、稳定、经济运行。变压器油温是变压器anquan运行的重要指标之一。对于按照GB1094电力变压器标准设计的油浸式电力变压器，GB/T  15164-9D(油浸式电力变压器负荷导则)规定其热点温度参考值为98，即该温度下绝缘的相对老化率为1。在80 ~ 140范围内，温度每升高6K，时效速率就会增加一倍。

　　无线传感器网络由许多功能相同或不同的无线传感器终端(或节点)组成，是以嵌入式技术为核心的数据采集和通信系统。每个无线传感器终端由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理与控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)、电源模块等组成。可以实现多通道温度传感器的实时数据采集，方便地检测变压器的绕组温度和油温。

图1变压器温度无线传感监控系统总体结构

　　1、系统的总体结构

　　变压器运行时会出现铁心损耗、绕组铜损等附加损耗。当这些损耗转化为热量时，变压器相关部件的温度就会升高。为了了解被监测变压器的温度，识别高温点的位置，使用单个传感器是不够的。在变压器的多个位置设置多个传感器，更有利于掌握变压器的温度状态，尽早发现变压器的温度异常，识别高温点的位置，可以进行相应的处理。由于需要使用多个传感器来监控多个监控点的温度，为了便于灵活布局，本系统中使用的无线传感器不需要预先安装在变压器的固定位置，而是可以在现场安装和布局时确定监控位置，然后将监控端的温度监控点设置为相应的位置来监控该点的温度。图1是变压器温度无线传感器监控系统的总体结构。

　　由于变压器运行中的主要损耗来自铁芯和绕组，达到一定温差后才能向外散热，所以变压器不同部位的温度是不同的。一般绕组温度很高，其次是铁芯。对于每个部分，温度从下部到上部逐渐升高。为了实现温度数据的实时采集和分析，系统采用智能温度分析方法，识别温度变化趋势，及时进行温度预测。该系统主要包括两个主要部分：无线传感器温度采集节点和监控zhongxin主节点。每个变压器可以配备4个或6个无线传感器温度采集节点，对称安装在变压器的两侧，用于监控和分析变压器温度。监控zhongxin主节点由无线传感器zhongxin节点和监控分析计算机组成，可以实时监控多台变压器的温度状态，根据历史温度数据预测温度变化，分析同一台变压器多个温度传感器的实时数据，识别高温点位置，及时发现故障征兆，实现智能温度监控。

        2.无线传感器数据采集节点

　　无线传感器数据采集节点由无线传感器节点和基于Zigbee技术的无线数据采集终端组成。为了方便传感器的部署和更换，传感器数据采集节点采用变压器表面贴装方式。每个无线传感器节点都是一个集成了Zigbee通信模块的无线传感器，每个无线传感器节点采集的数据通过Zigbee通信传输到变电站监控zhongxin，温度数据在监控zhongxin的计算机上进行分析、显示和报警处理。

　　该系统采用铂电阻测温元件进行温度检测，每个Zigbee无线传感器节点硬件的基本结构完全相同。Zigbee无线传感器节点的基本结构如图2所示，温度状态数据由传感器检测。并将采集的数据发送给信号调理模块进行信号放大和滤波；多路复用实现同一个变压器的多点温度检测，然后通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号；然后发送到Zigbee通信模块。

　　图2 2 ZigBee无线传感温度采集节点硬件结构图

　　系统中使用的铂电阻温度传感器是霍尼韦尔公司生产的Pt1000系列薄膜铂电阻HEL2700。0时标准电阻值为1000，电阻值随温度变化而变化。可用于检测油温和变压器绕组表面温度。它具有较大的温度电阻系数(3.8/)，可以降低导线电阻对温度的影响。由于热阻与铂电阻温度之间的关系是非线性的，特别是在高温区，需要校正铂电阻的非线性。无线传感器节点中的调理电路可以实现电阻与温度关系的校正和补偿，获得线性的温度-电阻关系，将铂电阻传感器的电阻变化转换为0 ~ 5 V电压，经A/D转换后发送给Zigbee通信模块进行处理。本系统的Zigbee  communicaTIon模块采用ti公司的CC2430，CC2430的传输距离约为50 ~ 70m，适用于构建一般小型变电站的变压器状态监测网络。

　　图3功能结构图

　　3.监控zhongxin设计

　　监控zhongxin是变压器温度无线传感监控系统的核心，可以实现对各种变压器温度传感数据的实时显示、存储、查询和ronhe分析。整个系统的功能框图如图4所示，由Zigbeezhongxin节点、数据处理、实时数据显示、数据库服务器、数据查询分析终端等组成。

　　实时监控终端是变压器温度无线传感监控系统的重要组成部分。Zigbee无线模块接收到各变压器的实时温度数据后，通过数据处理单元对数据帧进行拆分，得到各传感器对应的实时数据，并通过实时监控终端显示系统显示出来，可以远程控制和查询各无线传感温度采集节点的工作状态和参数。实时监控终端需要同时监控和显示来自多个变压器的参数。当需要监控的变压器较多时，可以使用多个终端同时显示变压器的温度状态参数。利用labview开发了实时监控终端显示软件。图5为单台变压器油温和变压器上下点温度可同时监测时的监测界面。为了及时发现和处理变压器温度异常，在监控终端设计并实现了实时分析和预警功能。在接收和显示变压器温度数据的同时，可以自动分析数据，当温度偏离正常值时，可以及时通知监控zhongxin人员。监控zhongxin的智能诊断软件主要是基于信息ronhe的方法来识别异常温度。通过实时分析变压器不同位置传感器的数据，可以识别变压器的温度变化趋势，并根据需要及时发出报警信息，以便监控人员关注异常的变压器。

　　数据库服务器是整个系统中数据交换的zhongxin。为了保证变压器温度数据的完整性，便于数据的进一步分析，监控zhongxin将存储接收到的所有变压器温度参数，并可以回放和分析数据，以便进一步诊断和分析变压器温度异常故障。

　　由于技术产品的成熟和成本，变压器上一般不安装热点监测系统，使得变电站系统恶性事故的预测、预防和监测缺乏可靠稳定的技术手段。基于紫蜂技术的变压器温度无线传感器监控系统能够实时监控变压器的温度状态，并在温度异常时报警。与传统的有线监控方法相比，该系统不需要布线，可以根据需要安装在变压器表面的任何位置，更加方便灵活，易于更换。由于采用多传感器数据计算变压器zhongxin温度，计算结果更加可信，可以更有效地保证变压器的正常运行。经过试用，该系统能够正常监测变压器的温度状态，并可用于变电站变压器油温和绕组表面温度的监测，具有非常重要的实用价值。